3.3.3 Последствия воздействия напряжений
Оценка возможностей существующего оборудования:
большинство барабанов для гибких НКТ имеют внутренний диаметр в диапазоне 183 – 216 см (72” – 85”);
в большинстве случаев направляющий желоб имеет радиус 183 см (72”). В настоящее время начинается внедрение новых направляющих желобов с радиусом 216 мм (85”).
Указанные размеры значительно ниже предельных значений радиуса Rу для области упругой деформации НКТ. Трубы на поверхности подвержены значительным усталостным нагрузкам, так как они проходят через шесть точек изгиба при одном полном цикле СПО (рисунок 2).
Принимая допущение об отсутствии значительного давления в НКТ, на рисунок 3 приведены области нагрузок для упругих и пластических деформаций.
1
2
3
Рисунок 2 - Точки изгиба гибких НКТ при проведении СПО:
1 – точки изгиба 1 и 6; 2 – точки изгиба 2 и 5;
3 – точки изгиба 3 и 4
1 – область пластических деформаций;
2 – область упругих деформаций
Рисунок 3 - Области упругих и пластических деформаций
при изгибе гибких НКТ:
При проведении этого анализа пренебрегают следующими факторами:
влиянием локальных нагрузок (например, при воздействии клиновых штампов);
влиянием срезающих нагрузок (в связи с тем, что деформация слоев в теле трубы зависит от расстояния до нейтрального слоя, то вдоль линии контакта возникает срезающая нагрузка). Срезающие нагрузки имеют максимальную величину вдоль нейтрального слоя;
влиянием кольцевых напряжений по окружности под действием внутреннего давления.
3.3.4. Выводы
Под действием изгибающих напряжений на барабан и направляющий желоб трубы на поверхности подвергаются, как правило, пластической деформации. В связи с этим наиболее важным фактором для продолжительности работы труб является их усталостный износ.
3.4. Усталостные нагрузки и забойные напряжения
3.4.1 Напряжения, возникающие в гибких нкт
Как на поверхности, так и в забойных условиях напряжения и деформации, возникающие в гибких НКТ, можно разделить на три основные группы, как показано на рисунок 5.
Наиболее значительными напряжениями (и деформациями) являются осевые и кольцевые напряжения. Радиальное напряжение становится значительным только при очень небольшой толщине стенки труб.
r – радиальное напряжение; а – осевое напряжение;
h – кольцевое напряжение
Рисунок 5 - Три основных вида напряжений, возникающих в гибких НКТ:
На поверхности:
Под действием изгибающих нагрузок на направляющем желобе и барабане гибкие НКТ в основном подвержены пластическим деформациям;
Осевое напряжение представлено в виде изгибающего напряжения.
В забойных условиях:
- Гибкие НКТ подвержены воздействию комбинированного напряжения (растяжение, внутренний разрыв, крутящий момент). Несмотря на это гибкие НКТ, за редким исключением, подвержены следующим упругим деформациям:
- Осевые напряжения представляет собой напряжения растяжения, возникающие под действием веса труб;
Напряжения растяжения, являющиеся основными напряжениями, действующими на гибкие НКТ, имеют максимальное значение в точке, находящейся непосредственно под цепной передачей инжекторной головки, то есть в точке подвески гибких НКТ в скважине (за исключением наклонно-направленных скважин).